Uncertainty quantification for severe-accident reactor modelling; Results and conclusions of the MUSA reactor applications work package

Brumm, S.*; Gabrielli, F.*; Sanchez Espinoza, V.*; Stakhanova, A.*; Groudev, P.*; Petrova, P.*; Vryashkova, P.*; Ou, P.*; Zhang, W.*; Malkhasyan, A.*; et al.

Annals of Nuclear Energy, 211, p.110962_1 - 110962_16, 2025/02

https://doi.org/10.1016/j.anucene.2024.110962

The completed Horizon-2020 project on "Management and Uncertainties of Severe Accidents (MUSA)" has reviewed uncertainty sources and Uncertainty Quantification methodology for the purpose of assessing Severe Accidents (SA). The key motivation of the project has been to bring the advantages of the Best Estimate Plus Uncertainty approach to the field of Severe Accident. The applications brought together a large group of participants that set out to apply uncertainty analysis (UA) within their field of SA modelling expertise, in particular reactor types, but also SA code used (ASTEC, MELCOR, etc.), uncertainty quantification tools used (DAKOTA, RAVEN, etc.), detailed accident scenarios, and in some cases SAM actions. This paper synthesizes the reactor-application work at the end of the project. Analyses of 23 partners are sorted into different categories, depending on whether their main goal is/are (i) uncertainty bands of simulation results; (ii) the understanding of dominating uncertainties in specific sub-models of the SA code; (iii) improving the understanding of specific accident scenarios, with or without the application of SAM actions; or, (iv) a demonstration of the tools used and developed, and of the capability to carry out an uncertainty analysis in the presence of the challenges faced. The partners' experiences made during the project have been evaluated and are presented as good practice recommendations. The paper ends with conclusions on the level of readiness of UA in SA modelling, on the determination of governing uncertainties, and on the analysis of SAM actions.

Development of a surrogate system of a plant dynamics simulation model and an abnormal situation identification system for nuclear power plants using deep neural networks

関 暁之; 吉川 雅紀; 西野宮 良太*; 沖田 将一朗; 高屋 茂; Yan, X.

Nuclear Technology, 210(6), p.1003 - 1014, 2024/06

https://doi.org/10.1080/00295450.2023.2273566

原子力プラントの安全な運転を支援するため、2種類のディープニューラルネットワーク(DNN)のシステムを構築した。一つは、原子力プラントの各種物理量についてシミュレーションよりも数桁少ない計算時間で推定するサロゲートシステム(SS)である。もう一つは、物理量から異常の原因となる外乱の状態を推定するシステム(ASIS)である。両システムとも、高温工学試験研究炉(HTTR)の挙動を様々なシナリオで再現することができる解析コード(ACCORD)から得られたデータを用いて学習を行った。DNNのモデルは、主要なハイパーパラメータを調整することにより構築された。これらの手順を経て、開発したシステムが高い精度で動作することを確認した。

Onset of collectivity for argon isotopes close to

Linh, B. D.*; Corsi, A.*; Gillibert, A.*; Obertelli, A.*; Doornenbal, P.*; Barbieri, C.*; Duguet, T.*; Gmez-Ramos, M.*; Holt, J. D.*; Hu, B. S.*; et al.

Physical Review C, 109(3), p.034312_1 - 034312_15, 2024/03

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.109.034312

理化学研究所RIビームファクトリーにて中性子過剰核Arビームからの1中性子ノックアウト反応実験を行い、Arのエネルギー準位および分光学的因子を導出した。特に、第一励起状態のへの分光学的因子が大きいことから、始状態のArの基底状態において中性子が軌道を多く占めていることがわかった。これは、中性子数32がよい魔法数として知られるCaとは異なった性質であり、カルシウムからアルゴンへと陽子が2個減ることで閉殻構造が大きく崩れることが明らかになった。

A One-third magnetization plateau phase as evidence for the Kitaev interaction in a honeycomb-lattice antiferromagnet

Shangguan, Y.*; Bao, S.*; Dong, Z.-Y.*; Xi, N.*; Gao, Y.-P.*; Ma, Z.*; Wang, W.*; Qi, Z.*; Zhang, S.*; Huang, Z.*; et al.

Nature Physics, 19(12), p.1883 - 1889, 2023/09

https://doi.org/10.1038/s41567-023-02212-2

The magnetization of a quantum magnet can be pinned at a fraction of its saturated value by collective effects. One example of such a plateau phase is found in spin-1/2 triangular-lattice antiferromagnets. They feature strong geometrical frustration and the plateau phase therein is often interpreted as arising from an order-by-disorder mechanism driven by quantum fluctuations. Here we observe a one-third magnetization plateau under an applied magnetic field in the spin-1 antiferromagnet NaNiBiO with a honeycomb lattice, which, with conventional magnetic interactions, would not be geometrically frustrated. Based on our elastic neutron scattering measurements, we propose the spin structure of the plateau phase to be an unusual partial spin-flop ferrimagnetic order. Our theoretical calculations indicate that bond-anisotropic Kitaev interactions are the source of frustration that produces the plateau. These results suggest that Kitaev interactions provide a different route to frustration and phases driven by quantum fluctuations in high-spin magnets.

Investigation of potential of vacuum-free femtosecond laser sintering for direct printing using silicon carbide nanoparticles without inorganic binder

川堀 龍*; 渡部 雅; 今井 良行; 植田 祥平; Yan, X.; 溝尻 瑞枝*

Applied Physics A, 129(7), p.498_1 - 498_9, 2023/07

https://doi.org/10.1007/s00339-023-06774-z

本研究では空気中におけるナノ粒子を使用した炭化ケイ素(SiC)のフェムト秒レーザー焼結の可能性を調査した。ポリビニルピロリドンとエチレングリコールを含むSiCナノ粒子インクは、780nmの波長でナノ粒子による強い吸収を示した。走査速度1mm/sでは焼結フィルムパターンの表面から底部まで全体が酸化しており、過剰なエネルギー照射により酸化ケイ素が生成したと考えられる。対照的に、走査速度5mm/s及び30mのラスターピッチのレーザー走査で作製されたパターンでは焼結領域が観察され、表面から1.72mを除き、原料のSiCナノ粒子の酸化に有意な差は見られなかった。これらの結果からフェムト秒レーザーパルスの照射は熱の蓄積が少ないため、原料の大気酸化を受けることなく焼結SiCパターンが生成できることが示された。また、X線光電子分光法によって分散剤であるポリビニルピロリドン及びエチレングリコールは焼結に影響を及ぼさないことがわかった。したがって、この真空フリー直接描画技術は積層造形に適用できる可能性がある。

Pressure engineering of van der Waals compound RhI; Bandgap narrowing, metallization, and remarkable enhancement of photoelectric activity

Fang, Y.*; Kong, L.*; Wang, R.*; Zhang, Z.*; Li, Z.*; Wu, Y.*; Bu, K.*; Liu, X.*; Yan, S.*; 服部 高典; et al.

Materials Today Physics (Internet), 34, p.101083_1 - 101083_7, 2023/05

https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2023.101083

層状ファンデルワールスハライドは、外部圧力に対して特に敏感であるため、目的とする性質を持つ構造にチューンすることが可能となる。一方で、圧力に非常に敏感であるという特性は、同時に目的とする機能の実現に有害な相転移や格子歪みを引き起こす可能性があるためその操作は依然として困難である。この研究では、層状RhI結晶が持つ極めて弱い層間結合と高い機能可変性を観察した。5GPaという適度な圧力をかけると圧力誘起相転移が起こり、積層構造に変化が現れた。驚くべきことに、この相転移は、圧力に対してほぼ直線的なバンドギャップ減少という傾向に影響を与えなかった。また、より高い圧力では、1.3eVの赤方偏移というかなり大きな調整幅を伴う金属相が観測された。さらに、RhIのキャリア濃度は30GPaで4桁増加し、光電流は7.8GPaで5桁増加することが確認された。これらの結果は、ファンデルワールスハライドの層状構造という特異な特徴を生かした探索、調整、理解のための新たな機会を創出し、原子レベルの薄さを持つマテリアルバイデザインに基づく将来のデバイスとして有望である。

Experimental additive manufacturing of green body of SiC/Graphite functionally graded materials by stereolithography

植田 祥平; 今井 良行; 渡部 雅; 瀬川 智臣; Yan, X.

International Journal of Applied Ceramic Technology, 20(1), p.261 - 265, 2023/01

https://doi.org/10.1111/ijac.14190

Ceramic stereolithography (CSL)-additive manufacturing (AM) technology is used to create a functionally graded ceramic (FGC) green body made of silicon carbide (SiC) and graphite. For the SiC/graphite FGC, the mixing parameters of ceramics powders and ultraviolet (UV) curing resin are improved, and correlations of the resultant slurry curing depth with integrated light intensity are discovered. Therefore, the SiC/graphite FGC-produced green body has no flaws, pores, or cracks on its surfaces. According to the association between cure depth and integrated light density for each slurry's composition, several interfacial collapses discovered in a cracked cross-section might be decreased.

"Southwestern" boundary of the island of inversion; First study of low-lying bound excited states in V and V

Elekes, Z.*; Juhsz, M. M.*; Sohler, D.*; Sieja, K.*; 吉田 数貴; 緒方 一介*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; Achouri, N. L.*; 馬場 秀忠*; et al.

Physical Review C, 106(6), p.064321_1 - 064321_10, 2022/12

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.106.064321

VとVの低励起準位構造を初めて探索した。Vについては中性子ノックアウト反応と陽子非弾性散乱が、Vについては中性子ノックアウト反応データが得られた。Vについては4つ、Vについては5つの新たな遷移が確認された。Lenzi-Nowacki-Poves-Sieja (LNPS)相互作用に基づく殻模型計算との比較によって、それぞれの同位体について確認されたガンマ線のうち3つが、first 11/2状態とfirst 9/2状態からの崩壊と決定された。Vについては、(,)非弾性散乱断面積は四重極変形と十六重極変形を想定したチャネル結合法により解析されたが、十六重極変形の影響により、明確に反転の島に属するとは決定できなかった。

Study of an HTGR-renewable hybrid system for grid resilience

佐藤 博之; Yan, X.

Proceedings of 4th International Conference on Generation IV and Small Reactors (G4SR-4), 7 Pages, 2022/10

This paper presents a high temperature gas-cooled reactor (HTGR)-renewable hybrid system based on the GTHTR300C, a Generation IV commercial HTGR electricity and hydrogen cogeneration system designed by JAEA. The system is designed such that it is capable of providing electric grid stability by compensating the characteristic effects of intermittent and perturbating performance of the renewable energy power generation. In particular, the system is shown, through a new design proposal, to enable grid resilience by enacting emergency power supply from using such unique features of the system as being able to rapidly modulate helium inventory and charging/discharging massive thermal capacity core of the reactor. The paper describes simulation result that demonstrate the technical feasibility and operational performance of the system.

A First glimpse at the shell structure beyond Ca; Spectroscopy of K, Ca, and Ca

小岩井 拓真*; Wimmer, K.*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; Barbieri, C.*; Duguet, T.*; Holt, J. D.*; 宮城 宇志*; Navrtil, P.*; 緒方 一介*; et al.

Physics Letters B, 827, p.136953_1 - 136953_7, 2022/04

AA2021-0775.pdf:0.62MB

https://doi.org/10.1016/j.physletb.2022.136953

中性子過剰核Caでは、新魔法数34が発見されて以来、その構造を知るために多くの実験がなされてきたが、それを超える中性子過剰核の情報は全く知られてこなかった。本論文では、理化学研究所RIBFにてK, Ca, Caの励起状態から脱励起するガンマ線を初めて観測した結果を報告した。それぞれ1つのガンマ線しか得られなかったものの、KおよびCaのデータは、それぞれ、陽子のと軌道間のエネルギー差、中性子のと軌道間のエネルギー差を敏感に反映し、両方とも最新の殻模型計算によって200keV程度の精度で再現できることがわかった。また、1粒子状態の程度を特徴づける分光学的因子を実験データと歪曲波インパルス近似による反応計算から求め、その値も殻模型計算の値と矛盾しないことがわかった。